--芳香族技術ルートの解析（下）

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--芳香族炭化水素の技術的アプローチの分析（下）　著者／出典：　日付：2016年8月26日　クリック数：8　芳香族炭化水素市場の不足を補うため、業界は石油ベースのアプローチだけでなく石炭ベースのアプローチにも目を向けており、バイオマスベースのアプローチも見過ごしていない。「中国製造2025」が示す重点分野の技術ロードマップでは、高分子材料分野においてバイオベースの芳香族炭化水素合成技術の突破を重点的に推進することが明確に掲げられている。8月中旬に閉幕した2016年中国芳香族炭化水素産業チェーン発展大会において、出席した専門家たちはバイオマスを利用して芳香族炭化水素を製造するという発展方向を高く評価しました。しかし、将来について彼らの姿勢は、一言で要約できる。道は険しく長いが、進めば必ず到達する。 国内：新しい技術が頭角を現す 「我が国で毎年発生する生活廃棄物や稲わらには、年間1億7000万トンのガソリンやディーゼル燃料、および芳香族化合物を生産できる潜在力がある。」”華東理工大学の汪華林教授は、芳香族化合物のバイオルートの展望について述べました。彼のこのデータは根拠のないものではなく、彼らが研究している新しいバイオマス原料を用いた芳香族化合物製造プロセスに基づいている。これは、石油精製と化学工業・バイオ化学工業を組み合わせた技術ルートである。 具体的には、このプロセスでは廃稲わらと焼却された生活廃棄物を組み合わせて、ガソリンやディーゼル燃料、および芳香族化合物を生産する。いわゆる鉱化された生活廃棄物とは、地中に埋められて長年経過し、すでに固化した廃棄物のことです。ワン・ハーリンによると、6トンの稲わらから1トンのガソリンや軽油、および芳香族化合物が同時に生産できる。我が国では年間7億トン以上の稲わらが生産されており、これは1億トン以上のガソリンや軽油、そして芳香族化合物に相当する量だ。同時に、我が国の年間都市ごみ発生量は約3億トンで、そのうち約0.7億トンがガソリンや軽油、芳香族化合物を含んでいる。非常に偶然なことに、我が国の都市ごみと製油所の分布は高い一致を見せており、これによって石油精製と化学・バイオ化学を結合させた技術ルートの実現が可能となった。 “稲わらの分解水素化によるガソリン・ディーゼル燃料および芳香族化合物の同時製造プロセスの構想は、稲わらや生活廃棄物を分子切断＋方向性変換によって処理し、その中のリグニンを水素化脱酸素させて芳香族化合物の原料に変え、セルロースとヘミセルロースを水素化脱酸素させてガソリン・ディーゼル燃料の原料に変えるものである。”ワン・ハーリンは言った。 この考え方に基づき、研究者たちは2つの装置を開発しました。1つは、茎材を分解・水素化処理してガソリンやディーゼル、芳香族化合物の製造に用いる原料に変換する分解装置であり、現在では3トン/時の処理能力を持つ迅速分解用のパイロットプラントが建設されています。この装置は、石油精製や化学工業分野で使われる触媒分解装置に似ています；もう一つは、河南省の企業によって建設された、1リットル/時の沸騰床水素化脱酸－固定床水素化精製のパイロットプラントです。パイロットスケール試験の結果、バイオマス分解油（木質タール）の成分にはアルカン、芳香族炭化水素、オレフィン、フェノールなどが含まれている。水素化処理により品質を向上させると、水素化油の成分は芳香族炭化水素が46.44％、アルカンが35.09％、フェノールが8.56％となる。さらにこれを混合することで芳香族炭化水素を得ることができ、水素化分解によってガソリンやディーゼル燃料を得ることができる。 業界関係者によると、全体的に見て、国内のバイオマスを利用した芳香族炭化水素製造技術の研究開発はまだ初期段階にあるという。 海外：産業化が進行中 国内と比べて、海外では研究開発や産業化に参加する企業が多く、研究開発もより早く始まっている。記者の調べによると、現在、海外の企業が開発したいくつかのバイオマスを利用した芳香族炭化水素製造技術は、小規模な商業生産がすでに実現している。 アメリカのマサチューセッツ大学による、セルロース系バイオマスを用いた芳香族化合物の一工程での製造プロセスに関する研究の進展は、業界内で広く注目を集めました。彼らはバイオマスをアロマティック炭化水素に変換するプロセスを開発し、Anellotech社を設立してその工業的生産を推進しました。この技術は、触媒を用いた急速熱分解プロセスに基づき、流動層反応器内でバイオマスを迅速に加熱して酸化物を生成し、その後専用のゼオライト触媒を用いてこれらの化合物を化学的に純度の高い芳香族炭化水素に変換するものです。この技術は、石油を原料としてアロマチック化合物を製造する従来の工程と比べて、コストが低い。今年1月、Anellotech社はこの技術の産業化を実現しました。彼らの試算によると、石油価格が1バレルあたり60ドルを超える場合、この技術はコスト面で競争優位にあるという。業界では、現在存在するバイオアロマティックス製造法の中で、Anellotech社のバイオマス熱分解によるアロマティックス製造プロセスが、コストと経済性の両面で最も優れた方法であると広く認識されている。 アメリカのVirent社がウィスコンシン・マディソン大学と共同で開発したBioFormingプロセスは、既存の精製設備に改良して導入できるため、優れた投資メリットを持っている。この工程は糖を原料とし、植物繊維の加水分解と従来の触媒水素化技術を組み合わせることで、植物由来の糖類からベンゼン、トルエン、キシレンを含む混合芳香族炭化水素を製造し、さらにそれを対ジメチルベンゼンに加工することができる。このプロセスの利点は、液相改質（APR）技術と従来の触媒水素化や縮合などの技術を組み合わせることで、既存の石油精製設備をそのまま利用して反応装置を改造でき、製品1ガロンあたりの投資コストがわずか1.75～3ドルに抑えられる点です；副生オレフィンは副産物としてだけでなく、プラントのエネルギー源としても利用でき、プロセスの経済性が優れている。 バイオマスを直接変換して芳香族炭化水素を製造するのとは異なり、近年では、まず既存の技術を用いてバイオマスを付加価値の低い有機化学物質に変換し、その後、そのバイオベースの化学物質をさらに付加価値の高い芳香族炭化水素製品に変換するという別のアプローチを取るメーカーもいる。その中でも、アメリカのGevo社が開発した、再生可能な原料を発酵させてアルコールを製造するGIFTプロセスが最も代表的である。 GIFTプロセスでは、まずバイオマス原料をイソブタノールに変換し、その後脱水反応によってイソブテンを得る。この過程でのイソブタノールの転換率は99％を超える；得られたイソブテンは重合反応器によってC8オレフィンとなる；C8オレフィンは脱水素環化によってPX製品が得られ、そのPX選択性は75％を超え、純度は99％に達する。Gevo社は日本の東レ株式会社と協力して、工業化プラントを建設しました。この工程の最大の利点は、穏やかな環境下で高純度のPXを直接製造できることであり、異性化や芳香族分離といった複雑な工程が不要で、製造プロセスが比較的シンプルだという点です。 ボトルネック：原料・触媒・反応器。記者の取材によると、国内外のバイオマスから芳香族化合物を製造する技術の研究開発を見渡すと、将来性は非常に有望で進展も著しいものの、そのほとんどが依然として開発段階にある。一部では小規模な工業的生産が実現しているものの、規模の経済性においては従来の石油ルートと比べて依然として大きな差があり、解決を急ぐべき多くの潜在的な問題も残っている。 まず、バイオマス原料の安定供給は、バイオケミカル産業の発展において常に課題となっており、バイオアロマティックも同様です。バイオマス原料は量が多く分散しており、成分も複雑である。生物法による芳香族炭化水素の生産規模を拡大するためには、十分で安定した原材料供給が不可欠である。現在の我が国の農業生産水準では、この問題の解決には様々な分野の協力が必要であり、合理的かつ実行可能なモデルを見出す必要がある。 次に、多くのバイオマスを用いた芳香族化合物製造プロセスにおいて、熱分解や加水分解の過程で使用される触媒や反応器も課題となっています。会議では、ある代表者が記者に対し、バイオマスを用いた芳香族化合物の製造にも関心はあるものの、現在のプロセスでは変換率や製品の純度が低く、石油系の方法と競争するのは難しいと述べた。そして、これら2つの指標を向上させるためには、対応する触媒や反応器の開発が進展する必要がある。 しかし、華東理工大学のようにバイオ化学工学と従来の精製・化学製造を組み合わせることも、良い試みだと考える専門家もいる。既存の分解装置を活用し、バイオマス資源を原料として利用して化石資源の一部に代わる芳香族化合物を生産することは、注目に値する。